교내 신ㆍ재생에너지 사업성 분 석 (New & Renewable Energy)

교내 신ㆍ재생에너지 사업성 분석(New & Renewable Energy)

19973047 안 영 상 / 20062385 선 수 민

1. 연 구 배 경background

기후의 변화

세계 각지에서 기후변화 현상들이 일어나고 있습니다 .

- 20 세기에 지구의 평균기온은 0.6℃ 상승했는데도 ,

1998 년 인도폭염으로 2,300 명이 , 2003 년

유럽폭염으로 15,000 명이 사망하였고 , 극지방의

얼음두께가 최근 수십년 동안 40% 정도 얇아지고

있습니다 .

- 봄과 여름에 북반구의 빙산이 1950 년 이래로 약

10~15% 감소하였습니다 .

- 지난 100 년 동안 지구 해수면의 높이가 10~25cm

상승하여 투발루 , 키리바시 공화국의 일부 도서 ,

몰디브 , 파푸아뉴기니 등 남태평양 섬나라가 물에

잠기고 있습니다 . 특히 투발루란 섬나라는 해수면

상승으로 전 국토가 바다에 잠길 위험에 처해 뉴질랜드로

이주하고 있습니다 .

- 폭염과 폭풍 등의 기상이변 및 사막화가 급속히 진행되고

있습니다 .

< 우리나라의 기후변화 >

지구 온난화

지구가 평균기온 15℃ 를 유지할 수 있는 것도 대기 중에 존재하는 일정량의 온실가스에 의한 것으로 , 이러한

온실효과가 없다면 지구의 평균기온은 -18℃ 까지 내려가 대부분의 생명체는 살 수 없게 됩니다 .

그런데 , 지난 100 년 동안 이러한 온실효과를 일으키는 물질들의 대기 중 농도가 증가하여 인류는

기후변화라는 전 세계적인 문제에 직면하게 되었습니다 .

즉 삼림벌채 등에 의하여 자연의 자정능력이 약화되고 , 산업발전에 따른 화석연료의 사용량 증가로 인하여

인위적으로 발생하는 이산화탄소의 양이 증가됨에 따라 두터운 온실이 형성되어 온실효과가 커졌습니다 .

이로 인하여 지구의 평균기온이 올라가는 지구 온난화 현상이 나타나고 있는 것입니다 .

지구온난화의 약 60% 는 이산화탄소에 의한 것이며 , 이는 주로 화석연료의 사용에 따른 것입니다 . 산림을

파괴할 때 , 나무에 저장되어 있다가 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 양도 많습니다 .

< 아르헨티나 업살라 빙하지대의 변화 >


온실효과 (GreenHouse Effect)

온실가스는 태양으로부터 지구에 들어오는 단파장의 태양 복사에너지는 통과시키는 반면 지구로부터

방출되는 장파장의 복사에너지는 흡수함으로써 지표면을 보온하는 역할을 하며 , 지구의 평균기온이 현재와

같이 15’C 를 유지할 수 있도록 합니다 .

달의 표면이 태양이 비추는 쪽은 100’C 가 넘고 , 반대쪽은 영하 200’C 가 되는 이유는 대기가 없어 온실효과

현상이 나타나지 않기 때문입니다 .

< 온실효과 메카니즘 >


온실가스 (GreenHouse Gas)

대기를 구성하는 여러가지 기체들 가운데 온실효과를 일으키는 기체를 ‘온실가스’라 하며 , 온실 가스로는 이산화탄소 (CO2), 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O), 프레온 (CFCs, 수소불화탄소 HFCs, 과불화탄소 PFCs, 육불화유황 SF6), 오존 (O3) 등이 있다 .

이 중 제 3 차 당사국총회 (COP : Conference of the Parties) 에서는 이산화탄소 (CO2), 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O), 수소불화탄소 (HFCs), 과불화탄소 (PFCs), 육불화유황 (SF6) 을 6 대 온실가스로 지정하였다 .

이들 온실가스들이 지구온난화에 기여하는 정도는 IPCC 가 제시한 지구온난화지수 (Global Warming Pro-tential, GWP) 를 통해 알 수 있으며 , 이산화탄소를 1 로 보았을 때 , 메탄은 21, 아산화질소 310, 프레온가스 1,300 ~ 23,900 이다 .

< 6 대 온실가스 >


기후변화예측

IPCC 보고서에 의하면 다가올 미래에는 온난화율이 더욱 가속화 되어 인류사회에 심각한 영향을 줄 것으로

예상 됩니다 . 온실가스의 인위적 배출에 대한 규제 및 감축 정책이 시행되지 않을 경우 , 2100 년에는 지구평균

온도가 1990 년 대비 1.4 ~ 5.8℃ 상승 될 것으로 예상됩니다 .

UNEP(United Nations Environment Program) 는 해수면의 높이가 50cm 높아질 경우 마셜군도 내

환초의 약 80% 가 없어지고 , 방글라데시의 17.5%, 우루과이의 0.05% 가 침수된다고 밝혔습니다 .

해수면이 1m 상승하면 방글라데시 같은 저지대 지역은 지도상에서 사라지고 세계 경작지의 1/3 이상이

피해를 입게 될 것이라고 경고하였습니다 .

우리나라의 경우 연평균 기온이 4℃ 상승하면 제주도 서귀포는 대만과 비슷한 기온분포를 보여 열대작물도

재배가 가능하나 기후변화는 농업생태계에 매우 복잡한 변화를 가져오기 때문에 부정적 영향이 더 클 것으로

예상됩니다 .


석유 궁극 매장량

개발 완료된 유전의 확인매장량에 미발견된 유전까지 포함시킨 전지구의 원유매장량을 궁극매장량이라 한다 . 물론 그 정확한 값은 알 수 없지만 , 무디는 장래 해저유전의 굴착이 수심 2000m 까지 , 채유율은 40％까지 가능해진다고 가정하고 , 지질학적 · 추측통계학적으로 산정하여 궁극매장량을 3040억 t 으로 추정하였다 . 이 가운데 1976 년까지 480억 t 이 생산되어 , 같은 해 잔존 추정매장량은 2560억 t( 발견확률 95％로 1550억 t, 발견확률 5％로 4560억 t) 이다 . 그러나 이후 세계 인구의 급증에 따른 세계 총에너지소비량의 증가를 고려하면 , 이 잔존매장량이 석유수요를 조달하는 데는 수십년 정도로 추정되어 , 에너지 주역으로서의 석유도 21 세기 전반에는 고갈될 것으로 추정된다 .

( 자료 : BP 통계 , 2008 )


기후 변화 협약

지구온난화에 대한 과학적 자료가 증가하여 범지구 차원의 노력이 필요하다는 인식이 확산되었고 , 이에 UN

주관으로 1992 년 브라질 리우데자네이루에서 열린 환경회의에서 “기후변화에관한 UN협약” (UNFCCC) 이

채택되어 1994 년 3월에 발효되었습니다 .

우리나라는 1993 년 12월에 47번째로 가입하였고 , 2004 년 2월 현재 188개국이 가입하였습니다 .

이 협약에서는 차별화된 공동부담 원칙에 따라 가입 당사국을 부속서 국가와 비부속서 국가로 구분하여 각기

다른 의무를 부담하기로 결정하였습니다 .

< 기후변화에 관한 UN협약 구조도 >


기후 변화 협약

< 기후변화협약의 주요내용 >


교토의정서 (Kyoto protocol)

기후변화협약은 전세계 국가들이 지구기후변화 방지를 위한 노력을 하겠다는 것이었고 , 이를 이행하기

위하여 누가 , 얼마만큼 , 어떻게 줄이는가에 대한 문제를 결정한 것이 ‘교토의정서’라고 할 수 있습니다 .

교토의정서는 1998. 3. 16~1999. 3. 15 일까지 뉴욕의 유엔본부에서 서명을 받아 채택되었고 , 그 이후 각

협약 당사국들은 의정서가 발효될 수 있도록 자국의 비준을 위해 노력해왔습니다 .

그러나 2001 년 3월 최대 온실가스배출국인 미국이 의정서가 자국의 경제에 심각한 피해를 줄 수 있고 중국 ,

인도 등 개발도상국들이 의무감축대상에서 제외되어 있다는 이유를 내세워 반대 입장을 표명하였습니다 .

이에 교토의정서는 그 실효성에 큰 타격을 입었지만 , EU 와 일본 등이 중심이 되어 협상을 지속하였고 마침내

2004 년 11월 러시아가 비준서를 제출함에 따라 교토의정서의 발효조건이 충족되어 정해진 규정 ( 의정서 25

조 ) 에 의해 2005 년 2월 교토의정서는 발효되었습니다 .


연구의 중요성

신ㆍ재생에너지는 과다한 초기투자의 장애요인에도 불구하고 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심

해결방안이라는 점에서 선진 각 국에서는 신ㆍ재생에너지에 대한 과감한 연구개발과 보급정책 등을 추진

■ 최근 유가의 불안정 , 기후변화협약 규제 대응 등 신ㆍ재생에너지의 중요성이 재인식되면서

에너지공급방식 다양화 필요

■ 기존에너지원 대비 가격경쟁력 확보시 신ㆍ재생에너지산업은 IT, BT, NT 산업과 더불어 미래산업 ,

차세대산업으로 급신장 예상

■ 우리나라는 2011 년 총에너지의 5% 를 신ㆍ재생에너지로 보급한다는 장기적인 목표에

신ㆍ재생에너지기술개발 및 보급사업 등에 대한 지원 강화

이번 연구 과제를 통해 위와 같은 사유로 이슈화 되고 있는 신ㆍ재생에너지에 대한 이해와 투자분석개론을

통한 포트폴리오 이론 습득으로 지식과 사고력 , 분석력 등을 함양


2. 연 구 소 개Introduction

신ㆍ재생에너지란 ?

우리나라는 「신에너지 및 재생에너지 개발 , 이용 , 보급 촉진법」 제 2조의 규정에 의거하여 「 기존의

화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛 , 물 , 지열 , 강수 , 생물유기체 등을 포함하여 재생가능한 에너지를

변환시켜 이용하는 에너지 」로 정의하고 11개 분야로 구분

▶ 재생에너지 : 태양광 , 태양열 , 바이오 , 풍력 , 수력 , 해양 , 폐기물 , 지열 (8개 분야 )

▶ 신에너지 : 연료전지 , 석탄액화가스화 및 중질잔사유가스화 , 수소에너지 (3개 분야 )

신ㆍ재생에너지 산업 육성으로

지속가능한 경제발전

에너지 시스템 구축

공공미래에너지시장창출 및 경제성 확보를

위한 장기적은 개발보급정책 필요

환경친화 청정에너지화석연료 사용에 의한 CO2

발생이 거의 없음

비고갈성 에너지태양광 , 풍력 등 재생가능

에너지원으로 구성

기술 에너지연구개발에 의해 에너지

자원 확보 가능

OECD 국가 신ㆍ재생 에너지 현황

일본한국 아이슬란드 뉴질랜드 네덜란드 미국

80

100

60

40

20

0

< OECD 국가 중 신ㆍ재생에너지 통계 , 2005 >

출처 : IEA, 2007

1.2공급비중 (%) 3.2 72.7 28.9 3.5 4.7

213,771합 계 (ktoe) 530,463 3,626 16,909 81,849 2,340,286

2. 연 구 소 개Introduction

3. 에너지종류Species

태양광 (Photovoltaic Power Energy)

태양에너지는 청정하고 재생가능하며 무한한 에너지원이다 . 태양광 기술은 태양 에너지를 전기 에너지로

변환시키는 시스템 기술이다 . 에너지 변환 과정에 기계적 , 화학적 작용이 없으므로 시스템의 구조가 단순하여

유지 보수가 거의 요구되지 않고 수명이 20~30 년정도로 길며 안전하고 환경친화적이다 . 또한 발전 규모를

주택용에서부터 대규모 발전용까지 다양하게 할 수 있다 .

< 태양전지의 기본 구조 및 작동 원리 > < 태양전지의 기본 구조 및 작동 원리 >

태양광 (Photovoltaic Power Energy)

장 점 단 점

• 에너지원이 청정 · 무제한

• 필요한 장소에서 필요량 발전가능

• 유지보수가 용이 , 무인화 가능

• 긴수명 (20 년 이상 )

• 전력생산량이 지역별 일사량에 의존

• 에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요

• 설치장소가 한정적 , 시스템 비용이 고가

• 초기투자비와 발전단가 높음

< 광주광역시 조선대 기숙사 태양광 시설 53kWp > < 삼척 세계동굴박람회장 태양광 시설 107kWp >


태양열 (Solar Power Energy)

태양열에너지는 태양으로부터 오는 복사에너지를 흡수하여 열에너지로 변환해서 직접 이용하거나

저장했다가 필요시 이용하는 방법과 , 복사광선을 고밀도로 집광해서 열발전 장치를 통해 전기를 발생하는

방법이 있다 . 대부분의 경우가 태양에너지를 열에너지로 변환해서 사용되고 있다 .

< 태양열 이용시스템 구성도 > < 태양열 온수기 설치형태 >


< 안양 신성 중 , 고교 > < 미국 캘리포니아 >

장 점 단 점

• 무공해 , 무제한 청정에너지원

• 기존의 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적음

• 다양한 적용 및 이용성

• 저가의 유지보수비

• 밀도가 낮고 , 간헐적임

• 유가의 변동에 따른 영향이 큼

• 초기 설치비용이 많음

• 봄 , 여름은 일사량 조건이 좋으나 겨울철에는 조건이

불리함


태양열 (Solar Power Energy)

풍력 (Wind Power Energy)

고풍속 (7m/s 이상 ) 지역에서는 4~5 €cents/kwh, 저풍속지역에서는 6~8 €cents/kwh범위로 기존의

발전 전원과의 경쟁을 하여도 무방할 정도의 경쟁력을 확보할 가능성을 보여주고 있다 . 뿐만 아니라 풍력 발전

단지의 면적 중에서 실제로 이용되는 면적은 풍력 발전기의 기초부와 도로 , 계측 및 중앙 제어실 등으로 전체

단지 면적의 1% 에 불과하며 , 나머지 99% 의 면적은 목축과 , 농업 등의 다른 용도로 이용할 수 있는 장점을

지닌다 .

< 덴마크형 풍력 발전기 >


< 풍력 발전기의 대형화 추세 >

풍력 발전의 가치를 정리해 보면 , 첫째로 에너지원이 고갈되지 않는 재생 가능한 무공해 에너지원이라는 점 ,

둘째로 오랜 기술력 축적으로 인한 기술성숙도와 가격경쟁력을 가지고 있다는 점 , 셋째로 공해 물질

저감비용이 낮고 효과가 높다는 점이다 .


풍력 (Wind Power Energy)

연료전지 (fuel cell Energy)

물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생한다 . 위에서 언급한대로 연료전지는 이와는 반대로 수소와 산소로부터 전기 및 열을 발생하는 전기화학적 장치이다 .

H2 + 1/2O2 → H2O + 전기 , 열

연료전지에서는 전기와 동시에 열이 발생하게 된다 . 연료전지의 기본 구성은 연료극 / 전해질층 / 공기극으로 접합되어 있는 셀 (Cell) 이며 , 다수의 셀을 적층하여 스택을 구성함으로써 원하는 전압 및 전류를 얻을 수 있다 .

< 연료전지의 기본 구성 > < 연료전지 발전시스템 구성도 >


수소 (Hydrogen Energy)

에너지원으로의 수소는 미래의 에너지 시스템에 적합한 여러 가지 장점을 지니고 있다 . 수소는 공기 중에서

연소시 극소량의 질소산화물 (NOx) 의 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않으며 , 직접 연소용 연료로서

또는 연료전지 등의 연료로서 사용이 간편하다 . 또 수소는 가스나 액체로서 수송할 수 있으며 , 고압가스 ,

액체수소 , 수소저장합금 등 다양한 형태로 저장이 가능하다 . 아울러 수소는 궁극적으로 무한정인 물을 연료로

하여 제조 할 수 있으며 , 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어진다 .

< 수소에너지시스템 >


농림부산물과 유기성 폐기물 등으로 대표되는 바이오매스로부터 생산 가능한 바이오에너지는 열 , 전기뿐만

아니라 석유가 직접적으로 소비되는 수송용 연료도 생산할 수 있다는 장점이 있어 고유가에 대한 대처 효과가

높다고 할 수 있다 . 바이오에너지를 사용함에 의해 발생한 이산화탄소는 바이오에너지 생산 원료인 식물이

자라면서 광합성에 의해 흡수하므로 대기 중으로 이산화탄소 배출 효과는 크지 않아 국제사회에서는 지구

온난화 대처에 도움이 되는 에너지로 인정하고 있다 .

< 바이오에너지 기술의 개요 >< 이산화탄소의 순환 개념도 >

바이오매스 성장광정에서 광합성에 의해 흡수


바이오 (Bio Energy)

사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 열분해에 의한 오일화기술 ,

성형고체연료의 제조기술 , 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 및 소각에 의한 열회수기술 등의 가공 · 처리

방법을 통해 고체 연료 , 액체 연료 , 가스 연료 , 폐열 등을 생산하고 , 이를 산업생산활동에 필요한 에너지로

이용될 수 있도록 한 재생에너지이다 .

폐기물 연료는 형태에 따라서 고체상의 폐기물고형연료화 (RDF;Refuse Dervied Fuel), 폐플라스틱을

재료로 만든 RPF(Refuse Plastic Fuel), 액체상의 유화 및 기체상의 가스화로 나눌 수 있음 .

< 국내에서 생산한 고형연료 (RDF) > < 폐플라스틱 열분해 오일 (RPF) >


폐기물 (Waste Energy)

폐기물 (Waste Energy)

특 징

ㆍ 비교적 단기간내에 상용화 가능

ㆍ 기술개발을 통한 상용화 기반 조성 ㆍ 타 신재생에너지에 비하여 경제성이 매우 높고 조기보급이 가능

ㆍ 폐기물의 청정 처리 및 자원으로의 재활용 효과 지대

ㆍ 폐기물 자원의 적극적인 에너지자원으로의 활용

ㆍ 인류 생존권을 위협하는 폐기물 환경문제의 해소

ㆍ 지방자치단체 및 산업체의 폐기물 처리 문제 해소

< 원주시 생활폐기물 RDF 제조플랜

트 >

< ASR 가스화 반응기 모습 > < 폐기물 가스화 Pilot Plant >


지표면의 얕은 곳에서 부터 수㎞깊이에 존재하는 뜨거운 물과 암석을 포함하여 땅이 가지고 있는 에너지이

다 . 태양열의 약 47% 가 지표면을 통해 지하에 저장되며 , 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에

따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃∼20℃ 정도로 연중 큰 변화가 없으나 지하 수㎞의

지열온도는 40℃∼150℃ 이상을 유지한다 .

< 중ㆍ저온 지열 에너지의 직접 이용 > < 중ㆍ고온 지열 에너지의 간접 이용 >


지열 (Geothermal Energy)


히트펌프란 지열과 같은 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 열을 빼앗긴

저온측은 여름철 냉방에 , 열을 얻은 고온측은 겨울철 난방에 이용할 수 있는 설비임


< 폐쇄형 지열원 열교환장치 >

< 개방형 지열원 열교환장치 >



수력 (Hydroelectric Energy)

물은 중력의 영향을 받아 높은 곳에서 낮은 곳을 향해서 흐른다 . 그 흐름을 수로로 끌어 들여 수차발전기를

회전시켜 전기에너지를 발생시키는 것이 수력발전 (hydropower generator) 이다 . ( 물의 유동에너지를

변환시켜 전기를 생산 .)

< 수력발전시스템 구성도 > < 수력발전소 >


장 점 단 점

ㆍ 국내 부존자원 활용

ㆍ 전력생산외에 농업용수 공급 , 홍수조절에 기여

ㆍ 일단 건설후에는 운영비가 저렴

ㆍ 대수력이나 양수발전과 같이 첨두부하에 대한 기여도가 적음

ㆍ 초기 건설비 소요가 크고 , 발전량이 강수량에 따라 변동이 많음


수력 (Hydroelectric Energy)

석탄 액화 · 가스화 (gasification and liquefaction)

석탄가스화 .액화기술 (gasification and liquefaction) 은 저급연료 ( 석탄 , 폐기물 , 바이오매스 및

중질잔사유 등 ) 를 산소 및 스팀에 의해 가스화시켜 얻은 합성가스 ( 일산화탄소 와 수소가 주성분 ) 를

정제하여 전기 , 화학원료 , 액체연료 및 수소 등의 고급에너지로 전환 시키는 복합기술

< 시스템 구성도 >


• 고효율 발전 • SOx 를 95% 이상 , NOx 를 90% 이상 저감하는 환경친화기술

• 다양한 저급연료 ( 석탄 , 중질잔사유 , 폐기물 등 )를 고부가가치의 에너지화

• 설비구성과 제어가 복잡하여 설비최적화 , 고효율화 및 저비용화가 요구됨

• 소요 면적이 넓고 시스템 비용이 고가이므로 투자비가 높은 대형 장치산업으로 일부 대기업 중심의 기술개발로 한정

장 점 단 점


석탄 액화 · 가스화 (gasification and liquefaction)

해양 (Ocean Energy)

■ 조력발전

조석을 동력원으로 하여 해수면의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 발전 기술

■ 파력발전

입사하는 파랑에너지를 터어빈 같은 원동기의 구동력으로 변환하여 발전하는 기술

■ 온도차발전

해양 표면층의 온수 ( 예 : 25∼30℃) 와 심해 500∼1000m 정도의 냉수 ( 예 : 5∼7℃) 와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술

< 시스템 구성도 >


조력발전 온도차 발전파력발전구 분

입지조건

• 평균조차 : 3m 이상

• 폐쇄된 만의 형태

• 해저의 지반이 강고

• 에너지 수요처와 근거리

• 자원량이 풍부한 연안

• 육지에서 거리 30㎞미만

• 수심 300m 미만의 해상

• 항해 , 항만 기능에 방해되지

않을것

•년중 표 · 심층수와 온도차가

17℃ 이상인 기간이 많을 것

•어업 및 선박에 방해되지 않을

것

< 울몰목 조류발전 조감도 > < 울돌목 시험 조류 발전소 건설 현황 >


해양 (Ocean Energy)

4. 적 용 사 례Example

국내외 신ㆍ재생에너지 사례

▲ 아랍에미리트 (UAE) 의 수도인 아부다비의 신도시 , 마스다르시티 (MASDAR

CITY)

면적 6㎢ , 수용인구 5만명 규모로 2016 년까지 건설예정인 신도시 내부에서

사용하는 모든 에너지를 태양열 , 수소 , 풍력 등을 활용하여 조달하고 모든

교통수단도 청정에너지만을 사용하는 시스템으로 구축하여 화석연료를 전혀

사용하지 않는 카본 - 프리 (Carbon-Free) 도시



▲ 태양의 도시 , 프라이부르크 (Freiburg)

세계의 환경 수도라 불리는 독일의 프라이부르크 (Freiburg)! 프라이부르크에서 남쪽으로

3km떨어져 있는 보봉 (Vauban) 마을은 태양광 연립주택단지로 시범 조성되어 있다 .

마을 한쪽에는 열병합 발전소가 설치되어 있어 이를 통해 얻어진 에너지로 온수 사용 및

난방을 하고 있다 .

▲ 독일의 프라이부르크 보봉마을



▲ 행정중심복합도시 ( 세종시 ) 내 중앙행정타운 조감도



◀ 그린 (Green) 전북 녹색성장전략

- 새만금지역 저탄소 녹색성장 시범도시 조성

- 녹색산업 신 (新 ) 재생에너지 육성으로 경제 활성화

- 기후변화 대응으로 저탄소 사회 구현

- 녹색조림 확대로 전북의 그린화 ( 온실가스 증가분 25% 감축 )

▲ 조감도



▲ 제로에너지 솔라 하우스 (ZESH)

풍력발전기에서 전기를 생산하고 태양전지와 연료전지 . 지열 등을 활용 , 전체

에너지의 70% 를 자급자족하는 미래형 에너지 건물



▲ 전기요금 200원 내는 신효천 마을 신효천마을은 에너지관리공단이 신재생에너지로 60% 이상을 공급하는 50 여 가구의 시범마을로 지정하는 ' 그린빌리지 ' 중 하나다 . 2.1kw 태양광 발전기를 64 가구 모든 마을 지붕에 설치하였다 .




국내외 신ㆍ재생에너지 사례 - 교육기관

▲ 바닷물 온도차를 이용한 냉난방 대학 , 한국해양대

▲ 경상대 태양광 발전 , 조선대학교▲ 기숙사 지열 발전 , 상지대학교


국내외 신ㆍ재생에너지 사례 - 교육기관

▲ 세계 최초의 CO2 프리대학 , 독일 트리어 대학의 브리켄펠트 환경캠퍼스 (Umwelt Campus Wirkenfeld)

캠퍼스는 울창한 숲으로 둘러싸여있고 , 대학본관 건물 지붕에는 태양광발전 시설이 반짝이고 있다 . 창문에도 태양전지가 달려있어

전기를 생산한다 . 인근 농가의 축산폐기물에서 나온 바이오가스로 열병합 발전을 해서 전기와 열을 생산한다 . 지열시스템을 이용해

냉난방을 보충하고 , 건물마다 빗물을 받아 사용하도록 했다 .

5. 대 상 분 석Analysis

조선대학교 에너지 사용 통계

조선대학교 23,352 9,901 9,581,653 210,402 297,532,997 0.31

학교명 전력(MWh)

이산화탄소배출량

(ton/CO2)

탄소중립나무수( 그루 )

탄소중립국제가격( 유로 )

탄소중립국제가격

(원 )

1 인당배출량

< 출처 : 녹색연합 , 2007 >

1. 교내 에너지 사용량 (2006 년 )

- 전력 사용량 : 22,463 MWh ( 국내대학 17 위 , 17억원 상당 )

- 난방연료 ( 도시가스 ) 사용량 1,734 TOE ( 국내대학 16 위 , 10억

상당 )

2. 교내 신ㆍ재생에너지 설비 효과

- 태양광ㆍ열 에너지 : 연간 전기요금 약 550만원 , 연료비 약 2,000

만원 절감

- 수소연료전지 에너지 : 연간 전력 약 17,000만원 생산< 출처 : 오마이뉴스 사회 , 20071203 >


조선대학교 신ㆍ재생에너지 설비 현황

① 태양광ㆍ열 발전

- 그린빌리지 (Green Village) : 시간당 151kw 전

력 , 15kl/day 온수시설 ( 전체 사용량 80% 충당 )

ㆍ국비 17억원 , 시비 8억원 , 조선대 25억원

투자 ,

총 56억원

ㆍ단독세대 11 세대 , 원룽형 2 동 35 세대 ,

연립형 1 동 65 세대 , 총 111 세대

- 기 숙 사 , 공 과 대 학 1 호 관 , 조 대 부 고 ,

조 선 대 학 교 병 원 , 경 상 대 학 , 법 과 대 학 ,

우주항공공학과 등 : 연간 25,000 kw ~ 65,000

kw ( 시간당 10 ~ 50 kw)

② 수소연료전지발전

-조선대학교병원 : 연간 1,750,000 kw ( 시간당 250

kw 전력 , 76 Mcal 열 )

ㆍ 250kw 급 용융탄산염형 연료전지 발전시설

ㆍ사업비 25억 원


교내 기후 및 온도 통계

< 예 ) 2009 년 4월 현재 기상청 광주 D/B >

■ 기후 및 온도 , 풍속 관련 5개년 기상 데이터를 95% 신뢰수준으로 추정하여 에너지 자원별 설비 투자 대안

변수로 설정


2008 년 4월 25 일

19973047 안 영 상 / 20062385 선 수 민

#. 지 난 발 표Review

지난 발표 요약 정리 (1 차 )

1. 신ㆍ재생에너지의 필요성 강조

① 이산화 탄소 , 메탄 , 아산화 질소 등에 의한 지구 온난화 , 온실가스 , 온실효과 - 기후 변화

② 유한 연료 자원 ( 석유 , 석탄 , 가스 등 ) 의 대체 에너지 필요성

③ 국제적 기후변화 관심 및 환경 규제의 강화 - 쿄토의정서 외

2. 신ㆍ재생에너지의 개념과 종류

① 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛 , 물 , 지열 , 강수 , 생물유기체 등을 포함하여 재생가능한

에너지를 변환시켜 이용하는 에너지

② 태양광 , 태양열 , 풍력 , 연료전지 , 수소 , 바이오 , 폐기물 , 지열 , 수력 , 석탄ㆍ액화 가스화

③ 국내ㆍ외 신ㆍ재생에너지 사례 : 국외 아랍에미리트 (UAE) 의 수도인 아부다비의 신도시 , 마스다르시티

(MASDAR CITY), 국내 행정도시 세종시 외

#. 지 난 발 표Review

지난 발표 요약 정리 (2 차 )

1. 조선대학교 에너지 이용 통계 (2006 년 )

① 전력 사용량 : 22,463 MWh ( 국내대학 17 위 , 17억원 상당 )

② 난방연료 ( 도시가스 ) 사용량 1,734 TOE ( 국내대학 16 위 , 10억 상당 )

2. 교내 신ㆍ재생에너지 설비 및 이용 통계

① 태양광ㆍ열 발전 : 그린빌리지 , 기숙사 , 공과대학 1호관 , 조대부고 , 조선대학교병원 , 경상대학 ,

법과대학 , 우주항공공학과 등

② 수소연료전지발전 : 조선대학교 병원

3. 기후 자료 조사

① 광주 기상청 D/B 자료 참조

② 기후 및 온도 , 풍속 관련 5개년 기상 데이터를 95~99% 신뢰수준으로 추정하여 에너지 자원별 설비 투자

대안 변수로 설정


교내 부지 자료

○ 부지 자료 부족


신재생에너지 자원지도 종합관리시스템

○ 신재생에너지 자원지도 종합관리시스템 - 한국에너지개발원

( URL : kredc.kier.re.kr/ )


전자 기후도 제공 시스템

○ 경희대학교의 농림기술관리센터 (ARPC) 가 지원하는

농림기술개발연구과제인 “전자 기후도 기반 유역단위

농업연구시스템”의 연구

○ 평년 일최고기온 / 평년 일최저기온 / 평년 일교차 /

평년 일사량 / 평년 적산강수량 / 일교차 ( 일 최고 –

최저기온 ) / 극 최저기온 ( 재현기간 10 년 , 30 년 ) /

종상일과 초상일 / 생장유효적산온도 (GDD) /

생장개시일과 생장종료일 / 수확적기 ( 생리적 성숙기 )

/ 생휴면해제일 / 휴면심도 / 강제휴면해제일 /

단기내동성 / 발아일 / 개화일 / 동해위험도 등

< URL : http://nacl.epinet.co.kr/ >


지온 분포도

○ 한반도 경우 지하 700m 심도에서 지온분포도는

대체로 20~80℃ 의 범위를 보이며 , 하동 , 영월 ,

무주 및 제주 북서부 지역은 비교적 낮은 지온분포를

보이고 있으나 한반도의 동북부는 비교적 높은 온도

분포를 보이고 있다 .

○ 직각의 천부구간은 태양 복사열 중 47% 와 지구

내부로부터 방출되는 지중열을 흡수 저장하는 거대한

열 저장소로 하루에 흡수하는 양만으로도 지구상 60억

인구가 27 년간 사용 가능한 거대한 에너지원이며 ,

특히 한반도의 경우 지표 아래 3m 이심의 지중 온도가

연간 13~16℃ 로 일정하게 유지되어 천부 암석 및

지하수에 저장된 지중열을 냉난방과 온수공급

에너지원으로 이용할 수 있어서 점차 그 이용률이

증가하고 있는 실정이다 .

< 출처 : 세계 지열에너지의 기술동향 , 과학기술부 , 2006.11>


정부 지원 정책 (1)

■ 일반보급보조 ( 신ㆍ재생에너지센터 )

신 · 재생에너지 설비에 대하여 설치비의 일정부분을 정부에서 무상보조 지원함으로써 국내 개발제품의 상용화를

촉진하고 초기시장창출 및 보급활성화를 유도하는 사업입니다 .

1. 일반보급사업 : 개발된 신 · 재생에너지기술의 상용화된 일반 보급설비로서 자가용에 한해 설치비의 최대

60% 이내 지원

① 태양열 , 지열 , 바이오 설비 : 소요시설비용의 50% 이내

② 태양광 , 풍력 , 소수력 설비 : 소요시설비용의 60% 이내

④ 폐기물 이용설비 : 소요시설비용의 30% 이내

2. 시범보급사업 : 개발된 신 · 재생에너지기술의 상용화를 위한 시범보급설비 ( 정부지원 R&D 활용조건 )

로서 자가용에 한해 설치비의 최대 80% 이내 지원

3. 계획보급사업 : 지자체 또는 공공기관 등과 연계하여 사업비를 지원하는 사업으로서 평가위원회의

심의를 거쳐 조정된 사업을 지원 ( 태양열주택 포함 )



■ 발전차액지원제도

신재생에너지 투자경제성 확보를 위해 신재생에너지 발전에 의하여 공급한 전기의 전력거래 가격이 지식경제부

장관이 고시한 기준가격보다 낮은 경우 , 기준가격과 전력거래와의 차액 ( 발전차액 ) 을 지원해주는 제도

① 태양광

적용시점 적용기간 30kW미만 30kW 이상

~ '08.9.30 15 년 711.25 677.38

'08.09.30~

'09.12.31

적용기간 30kW이하

30kW 초과200kW 이하

200kW 초과1MW 이하

1MW 초과3MW 이하

3MW 초과

15 년 646.96 620.41 590.87 561.33 472.70

20 년 589.64 562.84 536.04 509.24 428.83

'10.1.1 이후 20 년 매년 재고시



전원 적용설비용량기준

구분기준가격 (원 /kWh)

비고고정요금 변동요금

풍력 10kW 이상 - 107.29 -감소율

2%

수력 5MW 이하

일반1MW 이상 86.04 SMP+15

1MW 미만 94.64 SMP+20

기타1MW 이상 66.18 SMP+ 5

1MW 미만 72.80 SMP+10

폐기물 소각(RDF 포함 )

20MW 이하 - - SMP+ 5

화석연료투입비율 :30% 미만바이오

에너지

LFG 50MW 이하20MW 이상 68.07 SMP+ 5

20MW 미만 74.99 SMP+10

바이오가스 50MW 이하150kW 이상 72.73 SMP+10

150kW 미만 85.71 SMP+15

바이오매스 50MW 이하 목질계 바이오 68.99 SMP+ 5

해양에너지

조력 50MW 이상

최대조차8.5m 이상

방조제유 62.81 -

방조제무 76.63 -

최대조차8.5m 미만

방조제유 75.59 -

방조제무 90.50 -

연료전지 200kW 이상바이오가스 이용 227.49 - 감소율

3%기타연료 이용 274.06 -

② 태양광 이외 전원

6. 분 석 절 차Analysis

투자 대안 구성 과정

교내 신ㆍ재생에너지 설비현황

부지 및 자원별 제한 조건 자료지역 기후 통계 자료

교내 전력 및 난방연료 사용량

에너지 자원별 설치 및 운영 비용 에너지 자원별 설치 및 운영

교내 년차별 전력 생산량 결정

교내 년차별 투자액 결정

신ㆍ재생에너지 시나리오

( 투자안 구성 )






에너지 자원별 설치 및 운영 비용 에너지 자원별 발전 이윤





[ 통계학 ] 신뢰도 추정











[ 경영과학 ] LP 를 이용한 최적화

모델











[ 경제성공학 ] 투자분석


투자 대안 구성 및 분석 과정

1. 자료의 신뢰성 추정 [ 통계학 ]

① 전력 및 난방 에너지 사용량 , 기상 변화 등 예상 추정

② 95~99% 신뢰성 추정으로 데이터 구축

2. 선형계획법 (LP) 을 이용한 최적화 모델 [ 경영과학 ]

① 기후 , 전력 , 부지 등 자원 조건별 선형모델 수립

② Lindo, MS Excel 을 이용한 최적화 (Max( 생산량 ), Min( 비용 ))

3. 투자대안의 경제성 평가 [ 경제성공학 ]

① 순현가법 (NPV), 내부수익률 (IRR), 할인기간회수법 (discount payback period rule) 등을 이용

② 투자대안의 가치 판단 : 추진 , 보류 , 포기

4. 민감도 분석 [ 경영과학 , 경제성공학 ]

① 변수별 투자대안에 대한 고찰

② 상관 관계에 대한 고찰

5. 최종 결론


투자 대안 상관 관계 ( 예 )

전력생산량

( 기대수익 )

비용 ( 위험 )

B

CE

F

G

D

AH

A 태양광 (88%) + 태양열 (12%)

D 태양광 (58%) + 태양열 (12%) + 풍력 (30%)

.

.

.

각 투자 대안구성

투자 대안별상관관계 파악


신ㆍ재생에너지에 대한 고찰

1. 신ㆍ재생에너지의 재무부분① 비용 + 수익② 수익 : 생산 전력의 판매로 인한 수입 , 온실가스 저감으로 인한 수입③ 비용 : 사업계획의 타당성 조사 , 시스템 설계 , 터빈 등의 시스템 구매비용과 정기적인 설비 유지보수 (O/

M), 부채상환 등

2. 신ㆍ재생에너지의 발전량 예측 ① 설치 조건에 따른 발전량의 차이 발생 ② 설치 방식에 따른 발전량의 차이 발생

3. 위험 관리의 문제① 사회체계의 복잡성이 증가함에 따라 위험의 증가도 함께 나타난다 . (Bax, Steijn, and Witte, 1998)② 체계 복잡성의 증가와 상호의존성이 커질수록 불확실성이 확장됨으로써 문제해결이 더 어려우지는 한편 ,

위험이 증가하는 것으로 볼 수 있다 . (김영평 , 1995)③ 불확실성은 몇몇 상황에서는 줄어들 수 있다 할지라도 약간의 불확실성은 항상 보편적으로 존재하기 때문에 ,

불확실성이 완전히 제거될 수는 없다 . (Boulding, 1982, Wildavsky, 1988)④ 위험이 가져오는 위험성의 의미를 단순하게 과학적이고 기술적인 차원에서만 파악할 것이 아니라 사회적인

차원에서 파악하고 이해할 수 있는 틀을 모색하는 것이 필요하기 때문이다 . 즉 , 제한된 예측의 범위를 보다 세분화하여 측정의 지표를 만드는 것이 위험관리에 도움이 된다 .

4. 신ㆍ재생에너지의 사회적 위험도 측정의 필요성① “발전원별 종합위험도 비교 평가 연구 , 과학기술부”자료 토대로 결론에서 살핌


2008 년 4월 25 일

19973047 안 영 상 / 20062385 선 수 민


신ㆍ재생에너지 경제성 분석 프로그램 (1)

프로그램

RETScreen

Homer

Vipor

Hybrid2

LEAP

NEMS

용도 (또는 full name)

Renewable Energy Technol-

ogy Screen

optimization model for dis-

tributed Power

Village Power Optimazation

Model

Hybrid Power System

Simulation Model

Long-range Energy Alterna-

tive Planning system

National Energy Modeling

System

개발기관

Canada, Renewable Energy

Decision Support Center

DOE 산하 National Renew-

able Energy

Laboratory(NREL)

NREL/Univ. of Masschusetts

Stockholm Environment In-

stitute( 미 )

DOE 산하 EIA(Energy Infor-

mation Administration)

웹사이트

http://www.retscreen.net

http://www.nrel.gov/homer

http://analysis.nrel.gov/vipor

http://www.ecs.umass.edu

http://forums.seib.org/leap

http://www.eia.doe.gov

< 출처 : 신재생에너지시스템 경제성분석 프로그램 개발 및 적용 방안 연구 , 산업자원부 , 2006. 5. >


RETScreen 이 특정 신 · 재생에너지원을 이용하는 시스템에 대한 평가라고 한다면 Homer 는 여러 신 ·

재생에너지원과 화석연료 , 기타 관련설비들을 함께 이용하는 시스템을 평가하고 그 중 가장 비용이 최소화되는

시스템을 골라내어 준다 .

Vipor 는 주어진 지형에서 power Source 와 그 특성을 입력하고 , 또 관련 수요지점과 그 특성을 입력하여 앞서

Homer 에서 비용최소화로 최적화된 시스템의 자료를 이용하면 어떤 망의 연계가 가장 수익을 극대화하는지를

반복적 계산 (iteration) 을 통해 찾아낸다


▲ RETScreen, Homer, Vipor 실행 화면


아주대학교 에너지학과에서 수행한‘신 · 재생에너지시스템 경제성분석 프로그램 개발 및 적용방안 연구’의 결과로

개발한 프로그램 .

RETSCreen 이 주어진 신 · 재생에너지를 이용한 발전단위당 가격을 계산된 에너지생산량에 곱하여 수입과 기타

크레디트의 현재가치 (NPB, net present beneft) 를 산출하고 , 관련 투입비용의 현재가치 (NPC, net present

cost) 를 산정하여 순현재가치 (NPV, net present value)

NPV = NPB-NPC

를 구하거나 NPV 가 되도록 하는 내부수익률을 구함으로써 경제성 평가가 그치는 반면 , 위의 프로그램에서는 NPB

를 계산하는데 필요한 발전단위당 가격이 얼마가 되어야 주어진 이자율 하에서 NPV 가 최소한 양의 값을 가질 수

있는가를 역산하는 방식으로 합당한 기준가격을 산정해 낼 수 있는 기능이 구현되어 있다는 것이다 .



발전차액지원제도의 경제성 평가

구 분할인율

투자보수율법인세율

타인자본비중자기자본수익률

차입이자율설치비

운전유지비율설비이용율

운전유지비상승율

단위%%%%%%만원 /kW%%%

태양광7.07.0

27.570.0125.08801.0

15.02.0

풍력7.07.0

25.070.0125.01702.5232.0

▲ 태양광 , 풍력 발전 입력지표

□ 태양광발전 경제성분석 ( 표준설비 : 200kW 설비 건설시 )

ㅇ지출 : 고정비 : 880만원 /kW × 200kW = 176,000만원 , 변동비 ( 운전유지비 ) : 매년 1,760만원 ( 고정비의 1%) 발생

ㅇ수입 : 200kW × 0.15(efficiency) ×8,760(hour/year) × 676.04(원 /kWh) = 17,766(만원 / year)

ㅇ연간 순수익 : 17,766 - 1,760 = 16,006(만원 /year)

ㅇ손익분기점 (BEP : Break Even Point) : 176,000만원 /16,006만원 = 11 년 ( 단순투자비 회수기간 )

ㅇ기타 - 수명기간 20 년을 가정할 경우 11 년에 투자비 회수하며 투자비 회수 이후 70,992만원 수익창출

□ 풍력발전 경제성분석 ( 표준설비 : 20MW(20,000kW) 설비 건설시 )

ㅇ지출 : 고정비 : 170만원 /kW × 20,000kW = 3,400,000만원 , 변동비 ( 운전유지비 ) : 매년 85,000만원 ( 고정비의 2.5%)

발생

ㅇ수입 : 20,000kW × 0.23(efficiency) ×8,760(hour/year) × 107.11( 원 /kWh) = 431,610(만원 / year)

ㅇ연간 순수익 : 431,610 - 85,000 = 346,610(만원 /year)

ㅇ손익분기점 (BEP : Break Even Point) : 3,400,000만원 /346,610만원 = 10 년 ( 단순투자비 회수기간 )

ㅇ기타 : 수명기간 20 년을 가정할 경우 10 년에 투자비 회수하며 투자비 회수 이후 3,725,810만원 수익창출


신ㆍ재생에너지 재무분석 함수

NPV = ∑ [ ----------------- ] - [ C0 + ∑ ---------- ] i = 0

n

i = 0

n

(1 + r)i

B(i) +

GHG(i) (1 + r)i

OM(i)

B(i) = Pi × Qi

B(i) : 전력 판매 수입Pi : 기준 가격 Qi : 전력 생산량GHG(i) : 온실가스 저감 수입Co : 초기 투자비 OM(i) : 연간 유지보수 비용r : 할인율n : 예상수명

순편익의 계산 (순현금흐름 ) = 총편익 - 총비용

(설비용량 × 생산효율 ) × 기준가격아주대 경제성분석툴과 RETScreen툴을 이용

6.5%, 7%, 7.5%, 8%, 8.5% 로 할인율 변화미국 EPA(2000) 7%, 한국 KDI(2002) 7.5%


경제성 분석 예시

■ 선형계획법

[ 변수설정 ] X1: 태양광 , X2 : 태양열 , X3 : 풍력 , X4 : 지열

[목적함수 ] 비용 Min Z=40 X1 +60 X2 +20 X3 +30 X4

or 생산량 Max Z=20 X1 +10 X2 +50 X3 +18 X4

[ 전제조건 ]부지제한조건 300 X1 +400 X2 +200 X3 +150 X4 ≤ 300000에너지생산제한조건 20 X1 +10 X2 +50 X3 +18 X4 ≥ 2800비용 40 X1 +60 X2 +20 X3 +30 X4 ≤ 2000

■ 투자분석

산출된 Z [X1: 태양광 , X2 : 태양열 , X3 : 풍력 , X4 : 지열 ] 을 가지고 할인율 (6.0~9.0%)에 대한 NPV 계산

■ 실증분석

민감도 분석과 실증자료 (조선대 ) 로 인한 타당성 분석

■ 차후 목표

엑셀이나 프로그래밍을 통한 조선대학교 신재생에너지 경제성 평가툴 작성

#. 향 후 계 획Study Plan

교내 신ㆍ재생에너지 사업성 분석 계획

1 연구 배경

2 기초 자료 수집

3 분석 대상 자료 수집

4 투자 대안 구성 및 분석 과정 설정

5 투자 대안 구성 ( 시나리오 )

6 사업성 분석

7 분석 평가 ( 재평가 )

8 결론

애로사항 및 특이사항

■ 교내 자료 조사 - 교내 전력 사용량과 부지 자료

■ 투자 대안의 설정 - 통계 ( 신뢰도 ), 선형계획법 (LP)

■ 자원별 전력 생산량 예측

■ 포트폴리오 구성 - 기대 수익률 (Return) 과 위험 (Risk)

■ 포트폴리오 검정 - 평가 방법 : 할인기간회수법 (discount

payback period rule), 내부수익률(IRR), 순현가법 (NPV), 민감도 분석

■ 사회적 위험도 관리

준비 완료 준비 중

Documents

교내 신ㆍ재생에너지 사업성 분 석 (New & Renewable Energy)